云计算基础技术与应用 第九章 虚拟化基础
云计算——虚拟化技术PPT课件
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4.4.3 硬件虚拟化的未来
2．异构硬件的融合和归一化
• 首先，异构硬件的融合将本着“优势互补”的原则，向应用提供优势 资源以满足极端化需求。
• 其次，不同的硬件需要采用不同的虚拟化方法，提供各异的接口以获 得最佳的性能。
• 因此，要通过虚拟化实现异构硬件归一化管理，向应用提供统一的编 程接口。可利用来自应用的需求信息动态判断实际的后台执行硬件， 实现应用需求指导的动态硬件选择技术。
• 目前，基于硬件辅助的虚拟化方法在CPU、内存、网络等传统硬 件资源上获得了成功，CPU 和内存虚拟化资源已经接近物理性 能。
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4.4.2 硬件虚拟化的代表
1．GPU虚拟化
• GPU是计算机的一个重要组成部分，但GPU这类重要资源虚拟化的性 能、扩展性和可用性相对于CPU还处于滞后的阶段。
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2．网络虚拟化
• 网络虚拟化以软件的形式完整再现了物理网络，应用在虚拟网 络上的运行与在物理网络上的运行完全相同。
• 网络虚拟化向已连接的工作负载提供逻辑网络连接设备和服务 （逻辑端口、交换机、路由器、防火墙、负载均衡器、VPN 等）。
• 虚拟网络不仅可以提供与物理网络相同的功能特性和保证，而 且具备虚拟化所具有的运维优势和硬件独立性。
图4.4 使用VMM二进制翻译客户操
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作系统的请求 12
4.2.3 半虚拟化
• 半虚拟化指的是虚拟机系统和虚 拟化软件层通过交互来改善性能 和效率。
• 半虚拟化涉及修改操作系统内核 来将不可虚拟化的指令替换为可 直接与虚拟化层交互的超级调用 （hypercalls）。
图4.5 将不可虚拟化的操作系统指令替
云计算的基础技术
云计算的基础技术云计算是一种基于互联网的计算服务模式，它通过虚拟化技术将计算资源、存储资源和网络资源整合在一起，用户可以根据自身需求弹性地使用和管理这些资源。
云计算的基础技术涵盖了虚拟化技术、容器技术、分布式系统、网络技术、存储技术等多个方面。
本文将从这些技术的角度介绍云计算的基础技术。
一、虚拟化技术虚拟化技术是云计算的基础之一，它通过将物理资源转化为虚拟资源，从而实现资源的隔离和动态分配。
虚拟化技术可以实现对CPU、内存、存储和网络等资源的虚拟化，使得用户可以根据需要在虚拟资源上创建和管理虚拟机，实现资源的灵活调度和高效利用。
1. CPU虚拟化CPU虚拟化是指将一个物理CPU变成多个逻辑CPU，使得多个操作系统能够同时运行在同一个物理服务器上。
目前比较流行的CPU虚拟化技术有Intel的VT-x和AMD的AMD-V等，它们通过提供多种CPU工作模式和指令集，实现了对CPU资源的虚拟化和隔离。
2.内存虚拟化内存虚拟化是指通过虚拟机监控程序（VMM）对内存资源进行管理和隔离，使得多个虚拟机可以共享物理内存，并且实现了内存资源的分配和回收。
内存虚拟化技术可以通过内存页面的共享和传输，以及对内存容量的动态分配等方式实现内存资源的高效利用。
3.存储虚拟化存储虚拟化是指通过虚拟存储设备将物理存储资源转化为虚拟存储资源，用户可以在虚拟存储资源上创建和管理虚拟磁盘、快照、镜像等存储对象。
存储虚拟化技术可以实现对存储资源的灵活管理和分配，提高了存储资源的利用效率。
4.网络虚拟化网络虚拟化是指通过虚拟交换机、虚拟路由器等网络设备将物理网络资源转化为虚拟网络资源，用户可以在虚拟网络资源上创建和管理虚拟网络，实现对网络资源的隔离和动态分配。
网络虚拟化技术可以实现对网络资源的高效利用和灵活管理，提高了网络资源的利用效率。
二、容器技术容器技术是一种轻量级的虚拟化技术，它通过将应用程序及其依赖环境打包成一个可移植的容器，使得应用程序可以在任何环境中运行。
虚拟化技术在云计算中的运用
虚拟化技术在云计算中的运用云计算是一项具有颠覆性的技术，它利用虚拟化技术提供了高效、灵活、安全的云计算服务。
虚拟化技术是云计算的基础，通过对物理资源进行虚拟化，实现在一台物理服务器上托管多个虚拟机的同步运行，从而让云计算具有更高的安全性、可靠性和灵活性。
本文将深入探讨虚拟化技术在云计算中的应用。
一、虚拟机技术虚拟机技术是虚拟化技术中应用最为广泛的一种，它可以通过将一台计算机虚拟为多个独立的虚拟机，从而独立托管多个用户的计算需求。
虚拟机技术不仅能够实现硬件资源的分配，还能够帮助用户完成操作系统的安装与配置，实现程序的运行和调试，使得物理资源得到充分的利用。
虚拟机技术还能够实现对运行中的虚拟机进行管理和维护，提高虚拟机的可移植性。
例如，用户可以将一个运行在一台虚拟机中的应用程序移植到另一个虚拟机中进行运行，这样便可以快速地对运行环境进行复制和部署。
二、虚拟化技术在云计算中的应用随着云计算的发展，虚拟化技术在云计算中的应用越来越广泛。
虚拟化技术能够为云计算提供高效、灵活、安全的服务支持。
虚拟化技术的主要应用包括：1. 云服务器云服务器是一种基于虚拟化技术的云计算服务，实现了对多台虚拟机进行托管和管理。
云服务器既可以应用于企业的业务应用，也可以应用于个人用户的个人网站或博客等。
云服务器能够为用户提供高效、安全、可靠的计算资源，大大节省了成本，从而推动了云计算的发展。
2. 云存储云存储是一种基于虚拟化技术的云计算服务，提供了一个安全、高效、可持久的存储空间。
在云存储中，用户可以创建多个虚拟化磁盘，将文件和数据存储在其中。
虚拟化磁盘具有高度的可靠性，即使出现故障，也能够快速实现数据的备份和恢复。
3. 云网络云网络是一种基于虚拟化技术的云计算服务，它可以将传统的物理网络转化为虚拟化网络，实现网络的可扩展性和高效性。
虚拟化网络可以帮助用户构建灵活、安全、高效的网络环境，从而更好地支持企业和个人的业务需求。
三、虚拟化技术的优势虚拟化技术的优势在于它利用虚拟化技术实现对物理资源的高效管理和利用。
“云计算”与虚拟化技术基础PPT课件
最终用户
应用开发 人员
系统/网络 管理员
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每个层次的价值
云计算服务 应用软件服务（Software as a Service, SaaS）
办公 应用
信息 化应 用
通讯 应用
基于互联网以服务的形式提供软件应用
互联网 应用
平台环境服务（Platform as a Service, PaaS）
复杂多应用环境
自动化部署 虚拟化通过降低CAPEX成为数据中心转化的催化剂.。面对 由此带来的技术和管理复杂性，自动化管理被导入以进一 步优化OPEX和业务敏捷性。自动化管理（Automated Provisioning）是云计算的重要特征之一，定义了自助式 服务请求， 准实时部署、 动态和细化的扩展能力。
高扩展性 按需服务
高可伸缩性 可计量服务
公有云的特点
高可靠性
超大规模
极其廉价
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云计算的部署模型
企业
云计算服务提供商
私有云
专为某一组织运营， 一般在防火墙内
• 总体拥有成本低 • 更好地控制安全性、遵从性能
和服务质量 • 更容易集成 • 支持现有应用程序
混合云
由 2 个或更多互操作云构成， 可实现数据和应用程序的移动性
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Windows Hyper-V 服务器虚拟化解决方案
父分区
Config Store
Worker Processes
WMI Provider
Management Service
应用程序
Windows Server 2008
Windows Kernel
VSP
云计算虚拟化技术基础与实践：虚拟化实现技术
虚拟化实现技术
目录
CONTENT
01.系统虚拟化架构 02.处理器虚拟化实现技术 03.内存虚拟化实现技术 04.I/O虚拟化实现技术
本章重点
1. 了解系统虚拟化架构。 2. 掌握Intel处理器虚拟化实现技术VT-x。 3. 了解AMD处理器虚拟化实现技术AMD SVM。 4. 熟悉Intel和AMD的两种内存虚拟化实现技术。 5. 熟悉Intel VT-d、IOMMU和SR-IOV的I/O虚拟化
实现技术。 6. 掌握Virtio的I/O虚拟化实现技术。
0 1 系统虚拟化架构
系统虚拟化架构
Intel VT是Intel在CPU层面提供的硬件虚拟化技术的 总称，主要提供下列技术： ➢ 在处理器虚拟化方面，提供了VT-x技术； ➢ 在 内 存 虚 拟 化 方 面 ， 提 供 了 EPT （ Extended
➢ ADDR：下一级页表的物理地址。如果已经是最后一级 页表，那么就是GPA对应的物理地址。
➢ SP：超级页(Super Page)所指向的页是大小超过4KB的 超级页，CPU在遇到SP=l时，就会停止继续往下查询。 对于最后一级页表，这一位可以供软件使用。
➢ X：可执行，X=1表示该页是可执行的。
2. IOMMU
➢ 输 入 / 输 出 内 存 管 理 单 元 IOMMU （ Input/Output Memory Management Unit）是一个内存管理单元， 管理对系统内存的设备访问。
➢ 它位于外围设备和主机之间，可以把DMA I/O总线 连接到主内存上，将来自设备请求的地址转换为系统 内存地址，并检查每个接入的适当权限。
3. vCPU的退出：对vCPU退出的处理是VMM进行CPU虚 拟化的核心，例如模拟各种特权指令。
云计算与虚拟化知识讲解
云计算与虚拟化知识讲解在当今数字化的时代，云计算和虚拟化已经成为了信息技术领域中至关重要的概念。
它们不仅改变了企业运营和个人使用计算资源的方式，还为创新和发展提供了强大的支持。
接下来，让我们一起深入了解一下云计算与虚拟化的相关知识。
首先，我们来谈谈什么是虚拟化。
简单来说，虚拟化就是创建虚拟版本的某些东西，比如操作系统、服务器、存储设备或者网络资源等。
想象一下，你有一台物理计算机，但通过虚拟化技术，你可以在这台计算机上同时运行多个独立的操作系统，就好像把这一台电脑变成了好几台，每个操作系统都在自己的“虚拟世界”里运行，互不干扰。
这有什么好处呢？对于企业来说，它可以大大提高硬件资源的利用率，降低成本。
原本可能需要购买多台服务器才能满足不同业务的需求，现在通过虚拟化，一台服务器就能搞定，节省了空间、电力和维护成本。
虚拟化技术的实现方式有很多种。
其中，服务器虚拟化是最为常见的一种。
它将一台物理服务器分割成多个虚拟服务器，每个虚拟服务器都可以独立运行操作系统和应用程序。
还有存储虚拟化，它把多个分散的存储设备整合起来，形成一个统一的存储池，方便管理和分配存储空间。
网络虚拟化则是将网络资源进行抽象和池化，使得网络的配置和管理更加灵活高效。
接下来，我们再看看云计算。
云计算可以理解为一种基于互联网的计算方式，它提供了各种计算服务，包括服务器、存储、数据库、网络、软件等等。
用户不需要自己购买和维护硬件设备，只需要通过网络连接到云服务提供商的数据中心，就能够按需使用这些计算资源。
云计算主要有三种服务模式：IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和 SaaS（软件即服务）。
IaaS 就像是提供给你一块空地和建筑材料，你可以自己在上面建造房子。
在云计算中，IaaS 提供了服务器、存储和网络等基础设施，用户可以自己部署和管理操作系统、应用程序等。
PaaS 则更像是给你提供了一个已经建好的房子框架，你只需要在里面进行装修和布置。
第9章云计算技术及应用图文模板
第9章 云计算技术及应用
2．平台层 平台层为用户提供对资源层服务的封装，使用户可以构建 自己的应用。平台层包括数据库服务和中间件服务。对平台层 各组成部分介绍如下： (1) 数据库服务提供可扩展的数据库处理的能力。 (2) 中间件服务为用户提供可扩展的消息中间件或事务处 理中间件等服务。
第9章 云计算技术及应用
3．应用层 应用层提供软件服务，包括企业应用服务和个人应用服务。 对应用层各组成部分介绍如下： (1) 企业应用服务是指面向企业的用户，如财务管理、客 户关系管理、商业智能等。 (2) 个人应用服务指面向个人用户的服务，如电子邮件、 文本处理、个人信息存储等。
第9章 云计算技术及应用
4．用户访问层 对用户访问层各组成部分介绍如下：
“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展、随时获取 的，并且按需使用，按使用方式付费。“云”的这种特性使其 成为一种像水、电设施一样的IT基础设施。
第9章 云计算技术及应用
云计算的基本思路十分简单，即“合”的思路：服务提供 商提供应用程序，服务提供商的数据中心负责集中存储过去一 直保存在最终用户个人计算机上或企业的数据中心内的信息， 用户则通过互联网远程访问这些应用程序和数据。
(7) 服务监控提供对服务的健康状态的记录。
第9章 云计算技术及应用
9.1.4 云计算的部署模式 如图9-4所示，云计算可以有三种部署模式，即公共云、
私有云和混合云。三者的比较如表9-1所示。
公共云
外部 客户
私有云 内部人员
外部客户
内部人员
混合云
图9-4 云计算的部署模式
第9章 云计算技术及应用
第9章 云计算技术及应用
3．混合云 混合云是指供自己和客户共同使用的云。它所提供的服务 既可以供别人使用，也可以供自己使用。相比较而言，混合云 的部署方式对提供者的要求更高。
虚拟化和云计算入门教程PPT课件
– 在线迁移虚拟机、DRS、DPM
为什么要虚拟化
• 降低投资成本
– 提高资源利用率，减少了服务器采购数量，降低了硬件成本 – 减少电能及制冷费用 – 提高管理效率 – 增加投资有效性
• 提高业务灵活性
– 快速响应业务需求 – 动态高可扩展性 – 快速部署
• 提高安全性
– 系统隔离技术 – 单个系统故障不会影响其它系统 – 避免不兼容性 – 低成本冗余技术
服务器池 1
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服务器池 1
高可用自动重启（HA）
• 自动重启虚拟机- 虚拟机失效 • 完全集群逻辑失效检测 • 即便管理工具不可用，依然可以触发
Resources
Resources
服务器池 1
动态电源管理(DPM)
• 将虚拟机整合到少数服务器上 • 对使用率低的服务器自动关机 • 负载增加是进行反向操作
针对模拟PC硬件的用户空间组件 • 2006年被合并到Linux内核 • 把linux转换成一个Hypervisor.
可以运行Windows,Linux和其它guests • KVM的架构可以利用强大的Linux的力量
RedHat
• 优势
– 性价比 – 开源 – 服务
• 劣势
– 端到端的解决方案推出较晚 – 支持kvm的厂商较少 – 市场份额较小
虚拟化与云计算介绍
主题议程
• 虚拟化
– 什么是虚拟化 – 为什么要虚拟化 – 服务器虚拟化 – 主流虚拟化厂商
• 云计算
– 什么是云计算 – 为什么要云计算 – 云计算架构与提供服务 – 云计算的示例
虚拟化技术
什么是虚拟化
• 简单来讲，就是在一个物理硬件机器上同时运行多个不 同应用的独立的操作系统。
虚拟化与云计算教案综述
虚拟化与云计算教案综述第一章：虚拟化技术基础1.1 虚拟化概念与分类1.2 虚拟化技术的发展历程1.3 虚拟化技术的应用场景1.4 虚拟化核心技术介绍1.5 虚拟化技术的优缺点分析第二章：虚拟化硬件与软件2.1 虚拟化硬件技术2.2 虚拟化软件技术2.3 虚拟化硬件与软件的选择2.4 虚拟化硬件与软件的部署与维护第三章：虚拟化网络技术3.1 虚拟化网络概述3.2 虚拟化网络技术原理3.3 虚拟化网络的实现方式3.4 虚拟化网络的优缺点分析3.5 虚拟化网络在云计算中的应用第四章：虚拟化存储技术4.1 虚拟化存储概述4.2 虚拟化存储技术原理4.3 虚拟化存储的实现方式4.4 虚拟化存储的优缺点分析4.5 虚拟化存储在云计算中的应用第五章：虚拟化安全技术5.1 虚拟化安全概述5.2 虚拟化安全技术原理5.3 虚拟化安全威胁与防护措施5.4 虚拟化安全在云计算中的应用5.5 虚拟化安全的发展趋势第六章：云计算基础6.1 云计算概念与架构6.2 云计算服务模型6.3 云计算部署模型6.4 云计算的关键技术6.5 云计算的应用场景第七章：私有云与公有云7.1 私有云的概念与特点7.2 公有云的概念与特点7.3 混合云的概念与架构7.4 私有云与公有云的比较7.5 私有云与公有云的部署与运维第八章：虚拟化与云计算的集成8.1 虚拟化与云计算的关系8.2 虚拟化技术在云计算中的作用8.3 云计算平台的选择与部署8.4 虚拟化与云计算的优化策略8.5 虚拟化与云计算的案例分析第九章：虚拟化与云计算在企业中的应用9.1 企业级虚拟化与云计算的需求9.2 企业级虚拟化与云计算的架构设计9.3 企业级虚拟化与云计算的部署与运维9.4 企业级虚拟化与云计算的案例分析9.5 企业级虚拟化与云计算的未来发展趋势第十章：虚拟化与云计算的挑战与展望10.1 虚拟化与云计算的技术挑战10.2 虚拟化与云计算的安全挑战10.3 虚拟化与云计算的法规与政策挑战10.4 虚拟化与云计算的发展趋势10.5 虚拟化与云计算的未来展望重点和难点解析重点环节一：虚拟化技术的基础知识虚拟化技术是云计算的基础，理解虚拟化技术对于理解云计算至关重要。
详解云计算中的虚拟化技术
详解云计算中的虚拟化技术云计算是当今信息技术领域的热门话题，而虚拟化技术则是云计算的核心基础。
本文将详解云计算中的虚拟化技术，深入探讨其原理、应用和发展趋势。
一、虚拟化技术的原理和概念虚拟化技术是指通过软件或硬件手段，在一台物理服务器上模拟出多个虚拟的独立计算环境，使得多个操作系统和应用程序可以在同一台服务器上同时运行，实现资源的隔离和不同应用之间的隔离，从而提高服务器利用率。
在云计算中，虚拟化技术被广泛应用于构建虚拟化数据中心。
二、虚拟化技术的应用场景1.服务器虚拟化在传统的物理服务器模式下，每个应用可能需要一台专用的服务器，导致资源利用率低下。
而通过虚拟化技术，可以将多个虚拟服务器同时运行在同一物理服务器上，实现资源的共享和隔离，提高服务器利用率，降低成本。
2.存储虚拟化存储虚拟化可以将多个存储设备整合成一个统一的虚拟存储池，使得各个存储设备可以被透明地管理和访问。
通过存储虚拟化，可以更好地满足不同应用对存储资源的需求，提高存储效率和灵活性。
3.网络虚拟化在云计算环境中，网络虚拟化可以将物理网络资源划分为多个逻辑网络，从而实现逻辑网络之间的隔离和互通。
通过网络虚拟化，可以提高网络资源的利用率，实现资源的快速分配和灵活配置，满足不同应用的需求。
4.桌面虚拟化桌面虚拟化是指将用户的工作环境从物理机器中解耦，使用户可以通过终端设备远程访问虚拟桌面。
桌面虚拟化可以提高管理效率、降低管理成本，同时也增加了用户使用终端设备的灵活性。
三、虚拟化技术的发展趋势1.容器技术的兴起容器技术是一种新兴的虚拟化技术，相比传统的虚拟机技术，容器技术更加轻量级，可以在毫秒级别内启动和停止，具有更高的性能和更低的资源消耗。
容器技术的兴起将进一步推动云计算的发展。
2.边缘计算和虚拟化的结合随着物联网的快速发展，越来越多的设备和传感器连接到云计算平台。
为了提供更低的延迟和更好的用户体验，边缘计算与虚拟化结合成为一个重要的发展方向。
云计算技术的基础与应用
云计算技术的基础与应用随着互联网的普及，人们对于数据的存储、处理和传输需求不断增加。
为了更快、更方便地满足这些需求，云计算技术应运而生。
它通过虚拟化的方式将多个物理设备组合成一个整体，实现高效的数据处理和存储，被广泛应用于各个领域。
云计算技术的基础是虚拟化技术。
虚拟化技术可以将一台物理设备虚拟成多个逻辑设备，每个逻辑设备都可以独立运行操作系统和应用程序。
这样一来，一台物理设备就可以同时运行多个操作系统和应用程序，实现资源的最大化利用。
虚拟化技术可以分为硬件虚拟化和软件虚拟化两种方式。
硬件虚拟化是指利用物理系统上的虚拟化软件，将一台物理设备虚拟为多个虚拟机，每个虚拟机都有自己的操作系统和应用程序。
虚拟机之间相互独立，可以分别进行资源分配和管理。
硬件虚拟化可以提高系统的可扩展性和可靠性，并支持多种操作系统的同时运行。
软件虚拟化是指利用虚拟化软件将一个应用程序或服务虚拟化为多个独立的实例，每个实例都可以在独立的地址空间中执行。
软件虚拟化可以实现应用程序的快速部署和升级，并提高系统的可移植性和可伸缩性。
云计算技术不仅要求高效的虚拟化技术支持，还需要大规模的数据中心作为基础设施。
数据中心是一个集中管理和处理大量数据的设施，它包括服务器、存储设备、网络设备等。
数据中心的设计和管理对于云计算技术的效率和稳定性具有至关重要的作用。
数据中心的设计需要考虑多方面的因素，包括硬件选型、网络架构和数据安全等。
硬件选型要考虑性能、功耗、成本等因素，以最大化硬件资源的利用率。
网络架构要保证可靠性和带宽，以便支持大量的数据传输和处理。
数据安全是数据中心设计的重要部分，包括访问控制、数据加密、备份恢复等方面，以保证数据的安全。
云计算技术在各个领域的应用越来越广泛。
例如，在企业领域，云计算技术可以提供弹性资源，使企业可以根据需求增减计算资源，降低IT运维成本。
在教育领域，云计算技术可以提供虚拟化的实验环境，方便学生进行实验和学习。
编程技术中的虚拟化与云计算基础
编程技术中的虚拟化与云计算基础随着科技的不断发展，编程技术也在不断进步。
其中，虚拟化和云计算成为了当今编程领域中的重要概念。
本文将探讨虚拟化和云计算的基础知识以及它们在编程技术中的应用。
一、虚拟化的基础知识虚拟化是一种将计算资源进行逻辑划分的技术。
通过虚拟化，可以将一台物理计算机划分为多个虚拟机，每个虚拟机都可以独立运行操作系统和应用程序。
虚拟化技术的出现，使得资源的利用率大大提高，同时也降低了硬件成本。
在虚拟化技术中，有两个重要的概念：宿主机和客户机。
宿主机是指物理计算机，它运行着虚拟化软件，负责管理和分配计算资源。
而客户机则是在宿主机上运行的虚拟机，每个客户机都有自己的操作系统和应用程序。
虚拟化技术有多种类型，其中最常见的是硬件虚拟化和容器虚拟化。
硬件虚拟化通过虚拟化软件模拟出一台完整的计算机系统，包括处理器、内存、硬盘等。
而容器虚拟化则是在操作系统层面上进行虚拟化，每个容器共享宿主机的操作系统内核，但拥有独立的文件系统和进程空间。
二、云计算的基础知识云计算是一种通过网络提供计算资源和服务的模式。
它将计算资源进行集中管理，并按需分配给用户。
云计算的出现，使得用户可以根据自己的需求随时获取计算资源，而无需购买和维护自己的硬件设备。
云计算有三种基本形式：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。
在IaaS中，用户可以租用虚拟化的计算资源，如虚拟机、存储空间和网络。
PaaS则提供了更高级别的服务，如开发工具和数据库。
而SaaS则是将应用程序作为服务提供给用户，用户无需关心底层的基础设施和平台。
云计算的优势在于灵活性和可扩展性。
用户可以根据自己的需求随时调整计算资源的规模，而无需关心底层的硬件设备。
同时，云计算还可以实现资源的共享和利用，提高资源的利用率。
三、虚拟化与云计算在编程技术中的应用虚拟化和云计算在编程技术中有着广泛的应用。
首先，虚拟化可以提供一个隔离的环境，使得开发人员可以在同一台物理机上同时运行多个不同的操作系统和应用程序。
云计算技术与应用基础教案-云计算技术框架及虚拟化技术
一、教案头 编号：01授课班级授课日期本次课标题： 云计算技术框架及虚拟化技术掌握能力（技能）目标 知识目标能够掌握云计算技术框架及虚拟化技术分类1. 云计算技术框架；2. 虚拟化技术的内涵和发展；3. 虚拟化架构；4.虚拟化技术的分类；能力训练任务及案例任务：掌握云计算技术框架及虚拟化技术分类案例：以VMware workstation为例，让学生理解并掌握虚拟化技术分类及其应用参考资料《云计算（第三版）》，刘鹏，电子工业出版社, 2015.8《云计算技术实训教程》，周跃南，蔡学军，水利水电出版社，2016.5二、教学设计(第2次课)步 骤教 学 内 容教学方法 教学手段 学生活动时间 分配告知(教学内容、目的）告知目标：掌握云计算技术框架及虚拟化技术分类讲授课件、板书学生思考 5分钟引入（任务项目）1.什么是虚拟化技术？2.举出几种常见的基于硬件的虚拟化产品？3.讨论VMware Workstation，Virtual PC，Virtual Box 的应用示例？设问 启发 讨论课件 学生思考作答 举例15分钟操练（掌握初步或基本能力）任务1:掌握云计算技术框架及虚拟化技术分类案例：VMwarea系列产品的应用讲授 教师示范 课件、板书、操作演示学生作答课堂记录 15分钟深化（加深对基本能力的体会）任务2：（1）SWsoft 的Virutozzo 和Sun 的 Solaris Container的应用（2）虚拟Linux、Mac、Windows 家族的应用讲授 教师示范课件、板书 学生作答课堂记录20分钟步 骤教 学 内 容 教学方法 教学手段 学生活动时间 分配归纳 （知识和能力）在计算机中，虚拟化（Virtualization ）是一种资源管理技术，是将计算机的各种实体资源（如服务器、网络、内存及存储等），予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。
云计算技术基础与实践教学课件(共9章)第2章 虚拟化技术
客户端是文件系统的数据使用 者。元数据后台服务程序为客户端 提供元数据服务，而对象存储后台 服务程序提供了实际的存储（数据 及元数据）。最后，Ceph监控提 供了集群的管理。
图2-6 一个简单的Ceph生态系统
2.1 存储资源虚拟化
2.1.6 MinIO
SNIA（Storage Networking Industry Association，全球网络存储工业协会）认为，SDS能 够将存储资源抽象并池化，具备存储管理接口，对外能通过API的形式提供数据服务。
2.1 存储资源虚拟化
2.1.3 软件定义存储（SDS）
典型的软件定义存储解决方案 （如希智数据的Federator SDS） 的核心功能主要包括智能存储虚拟 化、指挥调度及存储数据服务。可 提供存储发现、抽象、池化、分类、 策略定义、存储配置和交付及存储 管理可视化，如图2-2所示。
图2-8 软件定义网络的基本架构
2.2 网络资源虚拟化
2.2.4 主流软件定义网络技术 BigSwitch Cloud Fabric（BCF） 思科基于意图的网络 VMware NSX Cloud VMware NSX SD-WAN
2.2 网络资源虚拟化
2.2.5 Open vSwitch
Open vSwitch是一个高质量的、多层虚拟交 换机，使用开源Apache 2.0许可协议，由Nicira Networks公司开发，主要使用C语言实现。
2.2 网络资源虚拟化
2.2.7 DevOps
DevOps是Development和Operations的组合词，是一组过程、方法与系统的统称，用 于促进开发、技术运营和质量保障部门之间的沟通、协作与整合。
虚拟化技术在云计算中的应用
虚拟化技术在云计算中的应用虚拟化技术在云计算中的应用随着互联网的飞速发展和经济的全球化，云计算作为一种新型的计算模型逐渐得到了广泛的关注与应用。
作为云计算的基础，虚拟化技术在实现资源共享、灵活扩展、高可用性等方面发挥着非常重要的作用。
本文将从虚拟化技术的概念入手，分析虚拟化技术在云计算中的应用，以及其带来的益处和存在的问题。
一、虚拟化技术的概念虚拟化是一种将物理资源转换为逻辑资源的技术，是一种能够在一个物理平台上创建多个虚拟化服务器的技术。
其最主要的作用是将一部分的物理资源分离出来作为虚拟机，而且这部分虚拟机之间相互独立，使用者无需关心其底层的硬件设备，只需使用虚拟机的资源即可实现各自的应用。
虚拟化技术在计算、网络和存储等方面都有非常广泛的应用。
二、虚拟化技术在云计算中的应用随着云计算的不断发展，虚拟化技术在云计算中的应用越来越广泛，其中最常见的应用场景是虚拟机。
虚拟机是一种运行在虚拟化平台上的操作系统和应用程序的集合，虚拟机的本质是一个模拟的计算机系统，通过使用虚拟化技术，将一台物理计算机划分为多个虚拟计算机，每个虚拟计算机都具有独立的计算资源、内存、磁盘空间和网络连接，运行在虚拟机上的应用程序与物理计算机上的应用程序没有区别。
(一)虚拟机的优点虚拟机的应用有非常明显的优点，主要表现在以下几个方面：1、资源共享：虚拟机技术可以将一台物理计算机划分为多个虚拟计算机，使用户可以共享计算机资源，降低硬件设备的成本。
2、隔离性：虚拟机之间是相互独立的，当一个虚拟机出现故障时，不会影响到其他虚拟机的正常运行。
3、灵活性：虚拟机技术可以在同一台物理计算机上同时运行多个操作系统和应用程序，使用户无需购买多台电脑或部署多个服务器。
4、可移植性：虚拟机之间的应用程序可以随意移植，不受操作系统和硬件平台的限制，方便用户在不同的环境中进行部署和迁移。
5、高可用性：虚拟机可以实现自动负载均衡和故障转移，保证系统的高可用性和灵活性。
《云计算基础技术与应用》教学课件 9.虚拟化基础
虚拟化概念
（3）虚拟化是为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属 性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源；
（4）虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。 在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同 的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响， 从而显著提高计算机的工作效率。
值得特别指出的是，利用虚拟化技术，可以用磁盘阵列模拟磁带库，为应用提供 速度像磁盘一样快、容量却像磁带库一样大的存储资源，这就是当今使用范围越 来越广泛的虚拟磁带库，在当今企业存储系统中扮演着越来越重要的角色。
（1）每台主机一个操作系统； （2）软件硬件紧密地结合； （3）在同一主机上运行多个应用程序通常会遭遇冲突； （4）系统的资源利用率低； （5）硬件成本高昂而且不够灵活。
虚拟化的特征
虚拟化后：
（1）打破了操作系统和硬件的互相依赖； （2）通过封装到到虚拟机的技术，管理操作系统和应用程序为单一的个体； （3）强大的安全和故障隔离； （4）虚拟机是独立于硬件的，它们能在任何硬件上运行。
存储虚拟化（Storage Virtualization）最通俗的理解就是对存储硬件资源进行抽 象化表现。
通过将一个（或多个）目标服务或功能与其他附加的功能集成，统一提供有用的 全面功能服务。
典型的虚拟化包括如下一些情况：屏蔽系统的复杂性，增加或集成新的功能，仿 真、整合或分解现有的服务功能等。
服务器虚拟化
服务器虚拟化主要分为三种：“一虚多”“多虚一”“多虚多”。 （1）“一虚多”是一台服务器虚拟成多台服务器，即将一台物理服务器
虚拟化与云计算基础
虚拟化与云计算基础在当今科技发展迅猛的信息时代，虚拟化与云计算已成为企业和个人数字化转型的重要组成部分。
它们为企业提供了更高效、灵活和可扩展的IT资源管理方式，帮助实现成本节约和业务创新。
本文将介绍虚拟化与云计算的基础知识，并探讨它们的优势和应用。
一、虚拟化的基础概念虚拟化是将一台物理计算机分割成多个虚拟计算机的过程。
通过将计算、存储和网络等资源逻辑上隔离，虚拟化使得多个虚拟计算机可以在同一台物理计算机上运行，实现资源的共享和高效利用。
1. 虚拟化的类型虚拟化技术可以分为四种类型：服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化和桌面虚拟化。
服务器虚拟化是最常见和广泛应用的一种，它将物理服务器分割成多个虚拟机实例，每个虚拟机都可以运行独立的操作系统和应用程序。
存储虚拟化使得企业可以将多个存储设备整合为一个统一的存储池，简化管理和提高存储效率。
网络虚拟化可以将一台物理网络分割成多个逻辑网络，实现资源的灵活分配和优化网络性能。
桌面虚拟化则将用户的桌面环境从物理设备中解耦，用户可以通过任何终端设备远程访问自己的桌面。
2. 虚拟化的优势虚拟化技术为企业带来了许多优势。
首先，它提高了资源利用率和灵活性。
通过虚拟化，企业可以充分利用物理服务器的计算能力，避免物理服务器的浪费。
同时，虚拟化技术可以根据业务需求按需分配资源，实现动态扩缩容，提高可用性和故障恢复能力。
其次，虚拟化简化了IT基础架构的管理。
通过虚拟化管理软件，管理员可以轻松地管理和监控各个虚拟机实例，简化了日常管理工作。
此外，虚拟化还提高了应用程序的隔离性和安全性，减少了资源冲突和攻击的风险。
二、云计算的基础概念云计算是一种通过网络提供可配置的计算资源的模式。
它提供了按需提供和使用计算资源的能力，无需用户拥有和管理底层的基础设施。
云计算基于虚拟化技术，将计算资源池化并按需分配给用户。
它包括三种服务模式：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。
云计算基础技术与应用-Linux基础
Unix
Unix操作系统最早由KenThompson、Dennis Ritchie和 Douglas McIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。
目前它的商标权由国际开放标准组织所拥有，只有符合单一 Unix规范的Unix系统才能使用Unix这个名称，否则只能称为 类Unix（Unix-like）。
Linux操作系统
（4）多用户、多任务：
Linux支持多用户，各个用户对于自己的文件设备有自己特殊的权利，保证了各 用户之间互不影响。多任务则是现在计算机最主要的一个特点，Linux可以使多 个程序同时并独立地运行。
Linux操作系统
（5）良好的界面：
Linux同时具有字符界面和图形界面。在字符界面用户可以通过键盘输入相应的 指令来进行操作。它同时也提供了类似Windows图形界面的X-Window系统，用 户可以使用鼠标对其进行操作。在X-Window环境中就和在Windows中相似，可 以说是一个Linux版的Windows。Linux也支持图形界面。在图形计算中，一个桌 面环境（Desktop environment，有时称为桌面管理器）为计算机提供一个图形 用户界面（GUI）。但严格来说窗口管理器和桌面环境是有区别的。桌面环境就 是桌面图形环境，它的主要目标是为Linux/Unix操作系统提供一个更加完备的界 面以及大量各类整合工具和使用程序，其基本易用性吸引着大量的新用户。桌 面环境名称来自桌面比拟，对应于早期的文字命令行界面（CLI）。一个典型的 桌面环境提供图标，视窗，工具栏，文件夹，壁纸以及像拖放这样的能力。整体 而言，桌面环境在设计和功能上的特性，赋予了它与众不同的外观和感觉。
类Unix操作系统
Xenix是一种Unix操作系统，可在个人计算机及微型计算机上使用。
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虚拟化概念
虚拟化的主要目标是对包括基础设施、系统和软件等IT资源的表示、访问和管理 进行简化，并为这些资源提供标准的接口来接收输入和提供输出。
虚拟化的使用者可以是最终用户、应用程序或者是服务。 通过标准接口，虚拟化可以在IT基础设施发生变化时将对使用者的影响降到最低。 最终用户可以重用原有的接口，因为他们与虚拟资源进行交互的方式并没有发生
虚拟化技术进入低潮期。
虚拟化起源
随着近年来，云计算的日益普及，虚拟化技术变得重要起来。
事实上，云计算中的IaaS(Infrastructure as a service)本质上就是计算资 源的池化或者虚拟化，简而言之虚拟化技术是构建云计算数据中心的基 础。
虚拟化技术的复归，其实走了一条相当漫长的路，推动虚拟化技术从新 繁荣的因素有很多，但最决定性的因素还是以下两点。
虚拟化起源
（1）半导体技术的发展。
当摩尔定律每18个月翻番的规律持续奏效的时候，我们知道这一定律迟早会终结。 但在摩尔定律尚未完全触碰到硅技术的物理极限前，单芯片的性能已经强大到过 剩了，换言之安迪-比尔定律里的比尔，已经无法完全吃掉安迪提供的性能了。
安迪-比尔定理（Andy and Bill’s Law）是对IT产业中软件和硬件升级换代关系的 一个概括。
原话是“Andy gives, Bill takes away.（安迪提供什么，比尔拿走什么。）” 安 迪指英特尔前CEO安迪·格鲁夫，比尔指微软前任CEO比尔·盖茨，这句话的意思 是，硬件提高的性能，很快被软件消耗掉了。
虚拟化起源
（2）能源网络等助攻因素。
相比半导体技术的飞速发展，电池技术的发展可以用龟速来形容。 而能源危机的阴影也时刻笼罩着这个世界，节能已经成了科技界的主旋律。 从能耗的管理来说，集约式地管理方式显然比各自为政式的管理更为高效。 而随着网络技术的快速发展，低功耗终端设备+大规模云计算的模式成为可能。
当时IBM的大型机上已经使用了虚拟化技术，其目的也跟今日基本一致： 允许多租户复用同一物理计算资源。
这一时期可称为虚拟化技术的萌芽阶段。
虚拟化起源
早期计算机硬件是相当昂贵的基础设施，注定不可能为个人所拥有，虚 拟化技术能显著地提高计算资源使用效率，因此在大型机时代得到了青 睐。
随着半导体技术遵循摩尔定律快速发展，计算机的价格也慢慢地平民化， PC的私人属性注定了资源复用这一特性不再是什么优点。
从广义上来说，从Java虚拟机，到操作系统的虚拟内存概念，到存储技 术，到仿真，到虚拟局域网VLAN，到服务器虚拟化技术都采用了虚拟化 的思想。
简单来讲，虚拟化是以透明方式提供抽象的计算资源。目前业界对“虚拟 化”已经产生如下多种定义。
虚拟化概念
（1）虚拟化是表示计算机资源的抽象方法，通过虚拟化可以用与访问抽 象前资源一致的方法访问抽象后的资源。这种资源的抽象方法并不受实 现、地理位置或底层资源的物理配置的限制；
虚拟化基础
第九章
目录
01 虚拟化概念 02 虚拟化起源 03 虚拟化的特征 04 虚拟化技术分类 05 虚拟化产品 06 实战项目—VMware安装Ubuntu
1.虚拟化概念
虚拟化概念
“虚拟化”是一个广泛而变化的概念，因此想要给出一个清晰而准确的 “虚拟化”定义并不是一件容易的事情。
变化，即使底层资源的实现方式已经发生了改变，他们也不会受到影响。
虚拟化概念
虚拟化技术降低了资源使用者与资源具体实现之间的耦合程度，让使用者不再依 赖于资源的某种特定实现。
利用这种松耦合关系，系统管理员在对IT资源进行维护与升级时，可以降低对使 用者的影响。
虚拟化，如同空旷、通透的写字楼，整个楼层没有固定的墙壁，用户可以用同样 的成本构建出更加自主适用的办公空间，进而节省成本，发挥空间最大利用率。
如操作系统、文件系统、应用程序等。 内存是真实资源，而硬盘则是这种资源的替代品。 经过虚拟化后，这两者具有了相同的逻辑表示。
虚拟化层向上隐藏了如何在硬盘上进行内存交换、文件的读写，如何在内存与硬 盘间实现统一寻址和换入换出等细节。
对于使用虚拟内存的应用程序来说，它们仍然可以用一致的分配、访问和释放的 指令对虚拟内存进行操作，就如同在访问真实存在的物理内存一样。
虚拟化概念
尽管以上几种定义表述方式不尽相同，但它们都阐 述了三层含义：
虚拟化概念
（1）虚拟化的对象是各种各样的资源，如CPU、磁盘，内存，网络等； （2）经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了不必要的细节； （3）用户可以在虚拟环境中实现其在真实环境中的部分或者全部功能。
虚拟化概念
概括来讲，虚拟化是资源的逻辑表示，它不受物理限制的约束。 资源可以是各种硬件资源，如CPU、内存、存储、网络；也可以是各种软件环境，
（2）虚拟化是为某些事物创造的虚拟（相对于真实）版本，如操作系统、 计算机系统、存储设备和网络资源等；
虚拟化概念
（3）虚拟化是为一组类似资源提供一个通用的抽象接口集，从而隐藏属 性和操作之间的差异，并允许通过一种通用的方式来查看并维护资源；
（4）虚拟化是指通过虚拟化技术将一台计算机虚拟为多台逻辑计算机。 在一台计算机上同时运行多个逻辑计算机，每个逻辑计算机可运行不同 的操作系统，并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响， 从而显著提高计算机的工作效率。
虚拟化把有限的固定的资源根据不同需求进任务以及超线程技术是完全不同的。
多任务是指在一个操作系统中多个程序同时并行运行，而在虚拟化技术 中，则可以同时运行多个操作系统，而且每一个操作系统中都有多个程 序运行，每一个操作系统都运行在一个虚拟的CPU或者是虚拟主机上。
而超线程技术只是单CPU模拟双CPU来平衡程序运行性能，这两个模拟出 来的CPU是不能分离的，只能协同工作。
2.虚拟化起源
虚拟化起源
虚拟化技术的产生是计算机技术发展道路上的一个趋势和必然现象，在 计算机发展道路上起到了重要的作用，虚拟化的技术早在20世纪50年代 就已经提出，第一次将虚拟化的技术在商业中实现还是20世纪的60年代， 并且将虚拟化技术提出并在商业中使用的第一个公司就是IBM。